Infrardeča termografija in toplotno slikanje

Merjenje površinske temperature z beleženjem parametrov toplotnega sevanja, ki ga oddaja z uporabo elektrooptičnih naprav, se imenuje infrardeča termografija. Kot lahko ugibate, se v tem primeru toplota prenaša s preiskovane površine — na merilno napravo v obliki infrardeči elektromagnetni valovi.

Sodobne elektrooptične naprave za infrardečo termografijo lahko merijo pretok infrardečega sevanja in na podlagi pridobljenih podatkov izračunajo temperaturo površine, s katero je merilna oprema v interakciji.

Seveda je človek sposoben zaznati infrardeče sevanje in lahko z živčnimi končiči na površini kože zazna celo temperaturne spremembe v stotinkah stopinje. Vendar s tako visoko občutljivostjo človeško telo ni prilagojeno za zaznavanje razmeroma visokih temperatur z dotikom brez škode za zdravje. V najboljšem primeru je to preobremenjeno z opeklinami.

In četudi se izkaže, da je človekova občutljivost na temperaturo tako visoka kot občutljivost živali, ki so sposobne zaznati plen s toploto v popolni temi, bo vseeno prej ali slej potreboval bolj občutljiv instrument, ki bo lahko deloval v bolj širšem temperaturnem območju od naravne fiziologije. omogoča...

Navsezadnje je bilo takšno orodje razvito. Sprva so bile to mehanske naprave, kasneje pa preobčutljive elektronske. Danes se zdi, da so te naprave običajni atributi, ko je treba izvesti toplotno kontrolo za rešitev katerega koli od neštetih tehničnih problemov.

Sama beseda »infrardeče« ali skrajšano »IR« označuje položaj toplotnih valov »za rdečim«, glede na njihovo lokacijo v lestvici najširšega spektra elektromagnetnega sevanja. Kar zadeva besedo "termografija", vključuje "termo" - temperaturo in "grafiko" - sliko - temperaturno sliko.

Začetki infrardeče termografije

Temelje te smeri raziskovanja je postavil nemški astronom William Herschel, ki je leta 1800 raziskoval spektre sončne svetlobe. Herschel je s prepuščanjem sončne svetlobe skozi prizmo postavil občutljiv živosrebrni termometer v področja različnih barv, na katera je padala sončna svetloba. na prizmi, je bil razdeljen.

Med poskusom, ko je termometer premaknil čez rdečo črto, je ugotovil, da obstaja tudi nekaj nevidnega, a z opaznim ogrevalnim učinkom sevanja.

Sevanje, ki ga je Herschel opazil v svojem poskusu, je bilo v tistem območju elektromagnetnega spektra, ki ga človeški vid ni zaznal kot nobene barve.To je bilo območje »nevidnega toplotnega sevanja«, čeprav je bilo vsekakor v spektru elektromagnetnega valovanja, vendar pod vidno rdečo.

Kasneje bo nemški fizik Thomas Seebeck odkril termoelektriko, leta 1829 pa bo italijanski fizik Nobili na podlagi prvih znanih termoelementov ustvaril termoelement, katerega princip delovanja bo temeljil na dejstvu, da ko se temperatura spremeni med dvema različnima kovinama, se ustrezna potencialna razlika nastane na koncih tokokroga, sestavljenega iz teh...

Meloni bo kmalu izumila t.i Termopil (od zaporedno nameščenih termopilov) in z določenim fokusiranjem infrardečih valov nanj bo lahko zaznal vir toplote na razdalji 9 metrov.

Termoelement — serijska povezava termoelementov za pridobitev večje električne moči ali hladilne zmogljivosti (pri delovanju v termoelektričnem ali hladilnem načinu).

Samuel Langley je leta 1880 odkril gojeno kravo na razdalji 300 metrov. To bo storjeno z balometrom, ki meri spremembo električnega upora, ki je neločljivo povezana s spremembo temperature.

Očetov naslednik John Herschel je leta 1840 uporabil evaporograf, s katerim je dobil prvo infrardečo sliko v odbiti svetlobi zahvaljujoč mehanizmu izhlapevanja pri različnih hitrostih najtanjšega filma olja.

Danes se za daljinsko pridobivanje toplotnih slik uporabljajo posebne naprave - termovizije, ki omogočajo pridobivanje informacij o infrardečem sevanju brez stika s preiskovano opremo in takojšnjo vizualizacijo. Prve toplotne slike so temeljile na fotorezistivnih infrardečih senzorjih.

Do leta 1918 je American Keys izvajal poskuse s fotorezistorji, kjer je sprejemal signale zaradi njihove neposredne interakcije s fotoni. Tako je nastal občutljiv detektor toplotnega sevanja, ki deluje na principu fotoprevodnosti.

IR termografija v sodobnem svetu

V vojnih letih so obsežne termovizijske kamere služile predvsem v vojaške namene, zato se je razvoj termovizijske tehnologije po letu 1940 pospešil. Nemci so ugotovili, da lahko s hlajenjem fotoupornega sprejemnika izboljšamo njegove lastnosti.

Po šestdesetih letih prejšnjega stoletja so se pojavile prve prenosne termovizijske kamere, s pomočjo katerih izvajajo diagnostiko zgradb. Bila so zanesljiva orodja, vendar s slikami slabe kakovosti. V osemdesetih letih prejšnjega stoletja so termovizijo začeli uvajati ne le v industriji, ampak tudi v medicini. Termalne kamere so bile umerjene tako, da so dale radiometrično sliko – temperature vseh točk na sliki.

Prve plinsko hlajene termo kamere so prikazovale sliko na črno-belem CRT zaslonu s katodno cevjo. Že takrat je bilo mogoče snemati z ekrana na magnetni trak ali foto papir. Cenejši modeli termo kamer temeljijo na vidicon cevi, ne potrebujejo hlajenja in so bolj kompaktni, čeprav termovizija ni radiometrična.

Do devetdesetih let prejšnjega stoletja so postali matrični infrardeči sprejemniki na voljo za civilno uporabo, vključno s nizi pravokotnih infrardečih sprejemnikov (občutljivih slikovnih pik), nameščenih v goriščni ravnini leče naprave. To je bil pomemben napredek v primerjavi s prvimi skenirajočimi IR sprejemniki.

Izboljšala se je kakovost toplotnih slik in povečala se je prostorska ločljivost. Povprečne sodobne matrične toplotne slike imajo sprejemnike z ločljivostjo do 640 * 480 — 307.200 mikro-IR sprejemnikov. Profesionalne naprave imajo lahko višjo ločljivost — nad 1000 * 1000.

Tehnologija IR matrike se je razvila v letu 2000. Pojavile so se termovizijske kamere z dolgim ​​območjem delovanja valovnih dolžin - zaznavajo valovne dolžine od 8 do 15 mikronov in srednje valovne dolžine - zasnovane za valovne dolžine od 2,5 do 6 mikronov. Najboljši modeli termovizij so popolnoma radiometrični, imajo funkcijo prekrivanja slike in občutljivost 0,05 stopinj ali manj. V zadnjih 10 letih se je njihova cena znižala več kot 10-krat, kakovost pa se je izboljšala. Vsi sodobni modeli lahko komunicirajo z računalnikom, sami analizirajo podatke in predstavijo priročna poročila v kateri koli ustrezni obliki.

Toplotni izolatorji

Toplotni izolator vključuje več standardnih delov: lečo, zaslon, infrardeči sprejemnik, elektroniko, merilne kontrole, napravo za shranjevanje. Videz različnih delov se lahko razlikuje glede na model. Termovizijska kamera deluje na naslednji način. Infrardeče sevanje usmeri optika na sprejemnik.

Sprejemnik generira signal v obliki napetosti ali spremenljivega upora. Ta signal se napaja v elektroniko, ki na zaslonu oblikuje sliko – termogram.Različne barve na zaslonu ustrezajo različnim delom infrardečega spektra (vsak odtenek ustreza svoji temperaturi), odvisno od narave porazdelitve toplote na površini predmeta, ki ga pregleduje termovizijska kamera.

Zaslon je običajno majhen, ima visoko svetlost in kontrast, kar omogoča ogled termograma v različnih svetlobnih pogojih. Poleg slike zaslon običajno prikazuje dodatne informacije: raven napolnjenosti baterije, datum in čas, temperaturo, barvno lestvico.

IR sprejemnik je izdelan iz polprevodniškega materiala, ki generira električni signal pod vplivom infrardečih žarkov, ki padajo nanj. Signal obdeluje elektronika, ki oblikuje sliko na zaslonu.

Za nadzor so na voljo gumbi, ki omogočajo spreminjanje obsega izmerjenih temperatur, prilagajanje barvne palete, odbojnosti in emisije ozadja ter shranjevanje slik in poročil.

Digitalne slike in datoteke poročil se običajno shranijo na pomnilniško kartico. Nekatere termovizijske kamere imajo funkcijo snemanja glasu in celo videa v vizualnem spektru. Vse digitalne podatke, shranjene med delovanjem termovizijske kamere, si lahko ogledate na računalniku in analizirate s programsko opremo, ki je priložena termovizijski kameri.

Poglej tudi:Brezkontaktno merjenje temperature med delovanjem električne opreme